2010—2018 年陕西省LUCC 动态变化分析

苏明伟，张伟峰，杜 鹃，李明洁，段 炼，梁永康

（1.宝鸡文理学院，a.地理与环境学院；b.经济管理学院，陕西 宝鸡 721013；2.武汉科技大学理学院，武汉 430065）

土地利用/土地覆盖变化（LUCC）与人类生产生活有着紧密联系，影响自然生态环境的可持续发展，也是国际地圈生物圈计划（IGBP）和国际全球变化人文因素计划（IHDP）两大国际项目合作进行的纲领性交叉科学研究课题，同样是当前可持续发展与全球变化研究的热点内容之一，对全球气候变化和全球环境变化起到至关重要的作用。1992 年联合国“21 世纪议程”明确提出将加强土地利用变化研究作为21 世纪重点科研工作，标志着国际上对土地利用变化研究的开始［1］。国内学者对土地利用的研究日渐增多，张晓宁等［2］构建了土地利用自然生态位模型，将模型与景观格局结合进行深入探讨。冯彦博［3］研究了“十二五”期间陕西省土地利用类型转移情况，并分析了土地利用变化驱动力。贾菊桃等［4］从时空分布的角度分析了西北地区土地利用变化情况，发现西北地区土地利用结构得到优化。刘瑶等［5］分析了不同土地利用类型对水环境的影响，发现农业非点源污染是研究区水环境非点源污染的主要污染来源，还有其他学者也对不同土地利用类型下水环境、大气环境的影响做了相关研究［6-9］。张琳等［10］、何格等［11］研究了稀缺土地资源与区域经济增长的关系，发现经济发展速度较快地区的城市土地资源稀缺度与经济增长更符合库兹涅茨曲线。刘忠等［12］将土地利用和人口密度结合分析粮食产量的空间分布规律。武力超等［13］在城市化和经济迅速发展背景下，分析了30 年时间尺度土地资源结构变化情况以及耕地转化情况。

随着中国西北地区经济和工业化发展迅猛，对土地需求日益激增，但西北地区生态环境脆弱，不同土地类型的使用和分布都对环境有着不同程度的影响［14］。陕西省地形占比最多的是黄土高原，占全省土地面积的40%，决定了陕西省土地利用的脆弱，加之近年来秦岭生态环境破坏严重，主要表现在土地的不合理配置，土地资源滥用现象明显。基于以上，本研究分析了陕西省2010—2018 年LUCC 动态变化情况，定量化阐明近9 年陕西省土地资源结构变化，针对不同地形的土地资源使用给出合理化建议，旨在为陕西省合理规划土地资源配置、实现土地资源可持续发展提供科学依据。

1 研究区概况

陕西省位于黄河中游，南部兼跨长江支流汉江流域和嘉陵江上游的秦巴山区，是西北较为发达的地区。省内铁路和高速公路运输通畅，北部是黄土高原，中部是关中平原，占比最多的是黄土高原，南部是秦巴山区，是西北典型的水土流失严重地区。持续的工业和城镇人口扩张导致优质耕地减少和其他用地低效使用，工业企业的增加加剧了农村人口迁移，农村闲置耕地增加，城市用地紧张，环境压力加大，城镇化和土地利用变化带来一系列环境和社会生态问题，影响可持续发展。对陕西省2010—2018 年的LUCC 动态变化进行分析，有利于政府对合理利用土地进行正确决策，为适时调整土地政策提供科学依据，使生态环境可持续发展［15，16］。

2 数据来源与方法

2.1 数据来源

数据来源于2010—2018 年陕西省统计年鉴自然资源部分。根据统计年鉴分类，将陕西省土地类型分为耕地、园地、林地、草地、城镇村及工矿用地、交通运输用地、水域及水利建设用地和未利用土地共8 个一级利用类别，对8 个类别进行土地利用动态度和土地利用程度分析，得出研究年限间土地利用状况。

2.2 研究方法

为全面反映陕西省LUCC 动态变化情况，利用数学统计分析与定量分析相结合的方法，采用土地利用动态度模型、土地利用变化幅度、单一和综合土地利用动态度、土地利用程度综合指数、土地利用结构多样性指数、优势度指数、均匀度指数模型定量分析陕西省2010—2018 年土地利用动态变化，具体参照王秀兰等［17］构建的土地利用动态度模型，具体各指数计算公式及含义见表1［17-23］。

3 结果与分析

3.1 各类土地利用变化幅度分析

根据研究区内土地利用数据计算出2010—2018 年各土地利用类型的变化面积，详见表2。由表2 可以看出，2010—2018 年陕西省耕地面积减少，2018 年与2010 年相比共减少6.71 万hm2，由于2018年总土地面积有所增加，所以变化率没有明显的降低，但单从耕地面积来看是减少的，以平均每年0.84 万hm2速率递减，耕地面积锐减明显。响应国家相关政策和土地复垦以及生态修复等措施的出台，未利用土地面积减少明显，8 年间减少了66.22万hm2，林地面积则增加明显，共增加了81.28 万hm2，以每年10.16 万hm2的速率增加，说明国家对土地利用政策逐渐完善，对公共资源的使用日趋合理，林地面积的增加对可持续发展政策的实施有很大的正面效应。从其他数据来看，由于城镇化进程加快、城镇人口增加和就业压力等社会和经济因素，城镇村及工矿用地、交通运输用地和水域及水利建设用地均有不同幅度的增加，侧面表明陕西省经济社会水平有明显上升趋势。草地面积相对有所减少，这也和其他土地面积增加有直接关系，也由于气候和其他自然因素，使得2010—2018 年草地面积有所减少。

从表2 可以得出，2010—2018 年陕西省土地利用结构有以下主要特征：①主要的土地利用类型没有发生改变，受社会经济因素影响较大，以农业用地为主的用地结构没有发生较大改变，但减少的未利用土地主要转向林地、园地、城镇村及工矿用地、交通运输用地和水域及水利建设用地；②2010—2018年，林地和园地面积增加明显，说明陕西省生态环境得到有力改善，促进了人与自然的和谐相处；③对较为脆弱的西北地区，陕西省林地有绝对的优势，但由于自然条件限制，对可开发土地有较大挑战，如何在未来适当开发安全的可利用土地是值得思考的问题［7，18］。

表1 土地利用指数及计算方法

表2 2010—2018 年陕西省土地利用变化幅度

3.2 土地利用变化情况

计算陕西省单一土地利用类型动态度，其中负值为面积减少的土地利用类型，正值为面积增大的土地利用类型［24，25］，结果显示，园地、林地、城镇村及工矿用地、交通运输用地和水域及水利建设用地均为 正 值，分 别 为1.95%/年、0.98%/年、1.98%/年、37.05%/年和83.59%/年，表示其面积明显增加，认为其受社会经济发展和生态环境保护影响较大。随着经济发展，交通运输用地和水域水利建设用地面积增加是大势所趋，由于持续的生态环境保护工作，园地、林地面积也有所增加，表明生态环境在土地面积上有所改善。耕地、草地和未利用土地动态度为负值，分别为-0.21%、-0.79%和-8.30%，表示其面积在减少，以未利用土地面积减少最为明显。林地由于基数大，年变化率较低，除林地和耕地外，其他土地类型动态度变化明显，表明人类活动对这几类土地的利用程度加大，由此转移未利用土地面积。

2010—2018 年，陕西省综合土地利用动态度较低，为0.76%，土地利用变化较为缓慢，由于陕西省位于西北内陆，发展速度相对较慢，从单一土地利用动态度也可以看出，土地利用的变化面积主要集中在交通运输用地和水域及水利建设用地，而其他类型土地利用变化不明显。

3.3 土地利用程度变化

土地利用程度能够定量表现研究区内土地利用开发程度［18］，反映人类因素与自然环境因素的综合效应，对了解当前陕西省土地利用开发程度提供科学依据。将土地利用程度按照土地自然综合体在社会因素影响下的自然平衡状态分为4 级，并赋予分级指数［19］，如表3 所示。运用土地利用程度指数的表达式定量表现出土地利用程度的变化。

表3 土地利用程度的分级赋值

经计算得出陕西省土地利用程度指数为226.57（2010 年）和232.25（2018 年），依据土地利用程度指数极限为400［11，13］，说明陕西省对土地资源的开发力度较大，受人类活动影响较大，生态系统脆弱，这就要求陕西省在可持续发展的基础上开发土地，并采取必要的保护措施，以防止自然灾害的发生。

2010—2018 年，陕西省土地利用程度变化量为5.68，土地利用程度变化率为2.51%，二者均大于0，表明近9 年间陕西省土地利用状况一直处于发展时期。

3.4 土地利用的空间格局分析

由表4 可以看出，2010—2018 年陕西省土地利用空间格局的Gibbs-Mirtin 多样化指数、Shannon’s多样性指数和优势度指数基本保持不变，而均匀度指数明显下降。其中，Gibbs-Mirtin 多样化指数、Shannon’s 多样性指数和优势度指数分别变化了-0.020、-0.003、0.003；而均匀度指数从2010 年的52.170 下降到2018 年的49.700，表明陕西省8 年间土地利用类别的均匀程度在下降，主要表现在林地、草地、水域及水利建设用地和未利用土地占比变化较大。

表4 2010—2018 陕西省土地利用空间格局指数

4 讨论

陕西省在2010 年3 月26 日通过结合本省制定的《中华人民共和国土地管理法》（以下简称《办法》，并按《办法》严格实施各类土地保护政策。《办法》中明确划定基本农田保护区，编制土地开发整理和退耕还林还草专项计划时必须符合土地利用总体规划［26］。从本研究结论可看出，《办法》实施的近9 年间起到了实质性作用，土地资源使用较为合理，不同土地利用类型的面积变化较小，生态型的林地、园地面积有增加趋势。但由于经济发展、产业结构转型、工业化和城镇化进程加快，城镇及工矿用地、交通运输用地、水域及水利建设用地面积均呈不同程度的增加趋势，这与《2006—2020 年陕西省土地利用总体规划》中保障基础设施建设，推进城镇化进程相符［27］。《规划》中指出耕地、园地、林地在2010 年要分别完成399 万、72 万、1 044 万hm2的指标，园地在2010 年仅为71 万hm2，并未完成指标，但在2018 年就已完成了2020 年77 万hm2的面积调整，表明在接近《规划》结束时期各土地利用类型面积调整情况较好。

研究时段内交通运输用地和水域及水利建设用地数量变化情况明显，单一土地利用类型动态度指数分别达37.05%、83.59%。改革开放40 年来陕西省重大水域水利建设工程30 项，一批交通运输重点项目相继完成，关中城市群公交化建设、对商品粮集散地等经济干线的完善，以及西咸一体化、宝鸡市区面积扩建，导致相应土地资源使用面积增加［28］。同时，土地利用转换向交通运输和水域水利建设倾斜，导致近9 年间土地利用类别均匀度下降。依据分级后的土地类型计算土地利用程度指数，结果表明研究年限内陕西省土地利用受人类活动影响较大，同时受工业和经济发展影响，产生一定程度的工业产业聚集，导致工业用地增加。

陕西省分为三大地形区，即陕北黄土高原、关中平原地区、陕南秦巴山区。尤以陕北生态环境脆弱，水土流失严重，土壤肥力低，受交通条件限制，经济发展较为落后，因此在陕北地区应加大水土保持力度，严格管理土地资源的使用，重点做好防沙固土工作，切实保护好农业用地。在关中地区，地形以平原为主，作为陕西省主要的农作物产区，应优化土地资源结构，保证农业用地面积，合理配置土地资源，在保证土地可持续发展前提下统筹城乡建设。陕南以山区为主要地形，是陕西省森林覆盖面积最多的地区，在此地区应守好生态红线，保护好生态资源，以保护为主要责任前提下合理开发土地和自然资源，并做好自然灾害防控工作，安全合理改善土地生态。因此，为了更有效地实现可持续发展战略，实现自然生态资源的可持续利用，要科学合理规划不同土地利用类型使用比例，使土地利用效率最大化，遵循人与自然的和谐发展［29］。

本研究通过数学统计分析与定量分析相结合的方法分析陕西省2010—2018 年的土地利用动态变化，对该时期土地利用结果的原因进行了较深入讨论，并结合本研究的结果对今后土地资源管理方向给出相应建议，有利于政府部门对土地资源的科学管理和配置。土地资源的合理配置和可持续发展是一个艰难探索的过程，受到社会经济、人口发展、自然灾害等众多复杂因素影响，本研究时间尺度相对较短，研究内容较为单一，没有进行数据可视化，在今后的研究中，可对土地利用变化的内在原因进行深层次剖析，从不同角度分析土地资源变化情况及原因，并加入数据可视化，使研究结果更直观。

5 结论

本研究从各类土地利用类型变化幅度、土地利用变化情况、土地利用程度变化和土地利用空间格局4 个方面分析了陕西省2010—2018 年的土地利用动态变化，并分析了该时期陕西省各土地利用类型的转换情况，得出以下结论。

1）2010—2018 年陕西省土地利用数据统计显示，陕西省不同土地类型利用程度变化明显，其中耕地、草地和未利用土地减少较明显，而城镇村及工矿用地、林地、交通运输用地和水域及水利建设用地面积增加明显，表现出未利用土地向其他土地类型转变的趋势。

2）从陕西省土地利用变化情况来看，土地利用动态度为0.76%，表明土地利用程度不高。

3）2010 年和2018 年土地利用程度指数分别为226.57 和232.25，依据土地利用程度指数极限为400，陕西省数值大于200，表明近9 年陕西省土地利用受人为因素影响较大，对土地资源开发程度较大；2010—2018 年，陕西省土地利用程度变化量为5.68，土地利用程度变化率为2.51%，二者均大于0，表明2010—2018 年陕西省土地利用状况一直处于发展时期。

4）2010—2018 年陕西省土地利用Gibbs-Mirtin多样化指数、Shannon’s多样性指数和均匀度指数均有所下降，而优势度指数有所上升，表明陕西省近9年土地资源受人类影响较大，土地利用类型多样化。